CN111976723B - 人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统,包括车辆信息采集模块、驾驶员信息采集模块、状态判断模块、决策模块、车道保持控制模块及车道保持执行模块。本发明的决策模块综合考虑了驾驶员状态与车辆状态,实时准确的判断驾驶员与车辆是否处于危险状态,从而进行决策。本发明的紧急控制子模块在车辆失稳时,立即对车辆进行主动控制,将车辆控制在稳定状态。当车辆没有失稳且偏离本车道时,若驾驶员处于疲劳状态,本发明的自动驾驶子模块可以确保控制系统对车辆行驶轨迹平稳地产生最大程度干预,保证车辆行驶安全性。若驾驶员处于分心或误操作状态,本发明的人机共驾子模块用于辅助驾驶员,减少人机冲突。

Description

人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统
技术领域
本发明涉及智能汽车高级辅助驾驶领域,特别是一种人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统。
背景技术
道路交通安全问题已经引起人们的普遍关注,大量交通事故的产生是由于驾驶员疲劳或分心导致的车辆偏离本车道。传统的车道保持辅助控制系统多将驾驶员输入作为干扰,并利用控制算法建立车路模型。由于这种控制系统没能更好的适应驾驶员,驾驶员容易与系统发生冲突,降低驾驶员对系统的接受程度。动态协同控制可以根据车辆环境的变化动态调整驾驶员和自动控制器之间的驾驶权重,以减少人机冲突,提高车辆的安全性与舒适性。基于人机动态协同控制的车道保持辅助系统显示出较好的车道保持性能。中国专利CN110329255A公开了一种基于人机协同策略的车道偏离辅助控制方法,该方法根据驾驶员状态及车路相对位置关系等决策驾驶员决定辅助控制器介入时刻。该方法在车辆状态方面,只考虑了道路安全约束,没有考虑车辆稳定性约束,无法在车辆失稳时进行及时控制。另外,由于驾驶员疲劳或分心时,控制权直接由驾驶员转移到自动控制器,缺乏控制权之间的平稳转移,容易产生人机冲突。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题,本发明要设计一种能够在车辆失稳时进行及时控制并进一步减少人机冲突的基于人机动态协同控制的车道保持辅助系统及其工作方法。
本发明的技术方案如下:一种人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统,包括车辆信息采集模块、驾驶员信息采集模块、状态判断模块、决策模块、车道保持控制模块及车道保持执行模块;
所述的车辆信息采集模块包括横摆角速度传感器、车辆前方的摄像头和车辆定位器,其中车辆定位器兼容全球定位系统及北斗卫星导航系统;
所述的驾驶员信息采集模块包括方向盘转矩传感器;
所述的状态判断模块嵌入在车道偏离电子控制单元中,包括车辆失稳判断子模块、偏离道路判断子模块及驾驶员状态判断子模块,用于判断车辆状态与驾驶员状态;
所述的决策模块嵌入在车道偏离电子控制单元中,决策模块根据状态判断模块提供的信息,决策是否开启车道保持控制模块,以及开启车道保持控制模块中的某一子模块;
所述的车道保持控制模块嵌入在车道偏离电子控制单元中,包括自动驾驶子模块、人机共驾子模块及紧急控制子模块,用于对车道保持执行模块进行控制;
所述的车道保持执行模块包括电子助力转向电机和制动踏板。
人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统的工作方法,包括以下步骤:
A、信息采集
A1、车辆信息采集
车辆信息采集模块利用横摆角速度传感器获取车辆横摆角速度信息,利用车辆前方的摄像头与车辆定位器获取车辆与车道之间的位置信息;
A2、驾驶员信息采集
驾驶员信息采集模块利用方向盘转矩传感器获取方向盘转矩;
B、车辆失稳的控制
车辆失稳判断子模块利用实际横摆角速度与期望横摆角速度的偏差判断车辆是否处于失稳的危险状态;当横摆角速度的稳定性偏差|Δγ|=|γ-γd|≤|σγd|时,判定车辆处于失稳的危险状态;式中,γ为实际横摆角速度,γd为期望横摆角速度,σ为稳定性判别系数;
如果车辆处于失稳的危险状态,决策模块为避免车辆继续处于失稳状态,开启紧急控制子模块;否则,转步骤C;
C、车辆偏离道路的控制
偏离道路判断子模块利用车辆在车道中的当前位置判断车辆是否处于偏离车道的危险状态;当车辆的车轮与车道边界的距离小于r时,判定车辆处于偏离车道的危险状态;r为车轮与车道边界的距离,其取值范围为0.1-0.4m;
如果车辆没有偏离本车道,则不进行控制干预,转步骤B;否则转步骤D;
D、驾驶员状态不正常的控制
驾驶员状态判断子模块对比方向盘转矩信号是否超出方向盘转矩阈值,从而确定驾驶员是否疲劳、分心或误操作状态;在车辆没有失稳且偏离车道的情况下,当
Figure BDA0002663271220000031
时,判定驾驶员处于疲劳状态;当
Figure BDA0002663271220000032
时,判定驾驶员处于分心或误操作状态;式中,Δt为采样时间,Td为方向盘转矩,Td,thd为方向盘转矩阈值;
如果驾驶员处于疲劳状态,则表明此时驾驶员几乎丧失驾驶能力,决策模块开启自动驾驶子模块;自动驾驶子模块通过控制电子助力转向电机实现车辆转向,将车辆保持在本车道内;
如果驾驶员处于分心或误操作状态,则表明此时驾驶员的驾驶能力下降,决策模块开启人机共驾子模块;人机共驾子模块通过电子助力转向电机辅助驾驶员转向,从而减少人机冲突,并将车辆保持在本车道内。
本发明的有益效果如下:
1、本发明的决策模块综合考虑了驾驶员状态与车辆状态,实时准确的判断驾驶员与车辆是否处于危险状态,从而进行决策。
2、本发明的紧急控制子模块在车辆失稳时,立即对车辆进行主动控制,将车辆控制在稳定状态。
3、当车辆没有失稳且偏离本车道时,若驾驶员处于疲劳状态,表明驾驶员几乎丧失驾驶能力,本发明的自动驾驶子模块可以确保控制系统对车辆行驶轨迹平稳地产生最大程度干预,保证车辆行驶安全性。若驾驶员处于分心或误操作状态,表明驾驶员的驾驶能力下降,本发明的人机共驾子模块用于辅助驾驶员,减少人机冲突。
附图说明
图1为本发明的框架图;
图2为本发明的车道偏离决策流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。一种人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统的具体组成模块如图1所示,一种人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统的工作方法流程如图2所示。
本发明不局限于本实施例,任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变,均列为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统的工作方法,所述人机协同控制下考虑车辆危险状态的车道保持辅助系统包括车辆信息采集模块、驾驶员信息采集模块、状态判断模块、决策模块、车道保持控制模块及车道保持执行模块;
所述的车辆信息采集模块包括横摆角速度传感器、车辆前方的摄像头和车辆定位器,其中车辆定位器兼容全球定位系统及北斗卫星导航系统;
所述的驾驶员信息采集模块包括方向盘转矩传感器;
所述的状态判断模块嵌入在车道偏离电子控制单元中,包括车辆失稳判断子模块、偏离道路判断子模块及驾驶员状态判断子模块,用于判断车辆状态与驾驶员状态;
所述的决策模块嵌入在车道偏离电子控制单元中,决策模块根据状态判断模块提供的信息,决策是否开启车道保持控制模块,以及开启车道保持控制模块中的某一子模块;
所述的车道保持控制模块嵌入在车道偏离电子控制单元中,包括自动驾驶子模块、人机共驾子模块及紧急控制子模块,用于对车道保持执行模块进行控制;
所述的车道保持执行模块包括电子助力转向电机和制动踏板;
其特征在于:所述的工作方法包括以下步骤:
A、信息采集
A1、车辆信息采集
车辆信息采集模块利用横摆角速度传感器获取车辆横摆角速度信息,利用车辆前方的摄像头与车辆定位器获取车辆与车道之间的位置信息;
A2、驾驶员信息采集
驾驶员信息采集模块利用方向盘转矩传感器获取方向盘转矩;
B、车辆失稳的控制
车辆失稳判断子模块利用实际横摆角速度与期望横摆角速度的偏差判断车辆是否处于失稳的危险状态;当横摆角速度的稳定性偏差|Δγ|=|γ-γd|≤|σγd|时,判定车辆处于失稳的危险状态;式中,γ为实际横摆角速度,γd为期望横摆角速度,σ为稳定性判别系数;
如果车辆处于失稳的危险状态,决策模块为避免车辆继续处于失稳状态,开启紧急控制子模块;否则,转步骤C;
C、车辆偏离道路的控制
偏离道路判断子模块利用车辆在车道中的当前位置判断车辆是否处于偏离车道的危险状态;当车辆的车轮与车道边界的距离小于r时,判定车辆处于偏离车道的危险状态;r为车轮与车道边界的距离,其取值范围为0.1-0.4m;
如果车辆没有偏离本车道,则不进行控制干预,转步骤B;否则转步骤D;
D、驾驶员状态不正常的控制
驾驶员状态判断子模块对比方向盘转矩信号是否超出方向盘转矩阈值,从而确定驾驶员是否疲劳、分心或误操作状态;在车辆没有失稳且偏离车道的情况下,当
Figure FDA0003682544180000021
时,判定驾驶员处于疲劳状态;当
Figure FDA0003682544180000022
时,判定驾驶员处于分心或误操作状态;式中,Δt为采样时间,Td为方向盘转矩,Td,thd为方向盘转矩阈值;
如果驾驶员处于疲劳状态,则表明此时驾驶员几乎丧失驾驶能力,决策模块开启自动驾驶子模块;自动驾驶子模块通过控制电子助力转向电机实现车辆转向,将车辆保持在本车道内;
如果驾驶员处于分心或误操作状态,则表明此时驾驶员的驾驶能力下降,决策模块开启人机共驾子模块;人机共驾子模块通过电子助力转向电机辅助驾驶员转向,从而减少人机冲突,并将车辆保持在本车道内。
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